基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析不同类型液晶单体的方法

技术领域

本发明涉及分析化学技术领域，特别是涉及一种基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析不同类型液晶单体的方法。

背景技术

液晶单体(Liquid crystal monomers，LCMs)是一类合成有机化学品，通常具有基于苯基的结构单元，并含有炔烃、环己基、酯、氰基和氟取代基，因其独特的物理化学性质，被广泛用作生产液晶显示器(Liquid crystal display，LCD)的关键技术材料，嵌在LCD的玻璃层和电气控制元件之间。由于液晶单体不与LCD中的基材化学键合，液晶单体在LCD的生产及废弃LCD的拆解、回收和终端处理过程很容易被释放进入环境。已有的研究表明液晶单体会破坏鲶鱼体内的抗氧化酶，降低细菌的生存能力，有研究证实液晶单体具有类似二恶英的遗传毒性，还有研究者估算了液晶单体的持久性和生物累积性，并指出液晶单体进入环境后会表现出难降解性和长距离迁移性，且在环境样品中已有检出。

近年来，智能手机、电脑、电视、平板电脑和太阳能电池板等的应用急剧增加，早在2018年全球液晶面板的出货量就已达到了1.98亿m

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析三种类型(7种BAs、2种CBAs和15种FBAs)液晶单体的定量方法，且灵敏度和精密度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析不同类型液晶单体的方法，在待测样品中加入无水硫酸钠和回收率指示物PCB-28-d4(2,4,4'-三氯联苯-d4)、PCB-114-d4(2,3,4,4',5-五氯联苯-d4)，加入二氯甲烷和正己烷的混合溶液，混合均匀后超声萃取，离心后取上清，再次加入混合萃取溶液重复上述萃取步骤共3次，合并萃取液，浓缩，加入内标物

现有技术除了提取和浓缩，还将浓缩好的上清液分别过弗罗里硅土和无水硫酸钠的柱子，一般会用25mL的二氯甲烷和25mL的正己烷对柱子进行活化，上样后用20mL二氯甲烷进行淋洗，此过程消耗溶剂的量很大而且费时费力。本发明的前处理流程仅包括提取和浓缩2步，整体操作简单且耗时短、溶剂消耗少，适合大批量样品的处理与检测。

进一步地，所述待测样品与无水硫酸钠的质量比为1：1。

进一步地，所述二氯甲烷和正己烷的体积比为3：7。

进一步地，采用大气压化学电离源(APCI正模式)，采集模式为多反应监测(MRM)模式，色谱柱为Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)。

进一步地，气相色谱条件：采集模式为多反应监测(MRM)模式，使用Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)，柱流量为1.0mL/min，程序升温为：初始温度80℃，保持3min，以15℃/min的速率升至360℃，保持5min；不分流进样，进样量为1μL，载气为高纯氦气。

进一步地，质谱条件：进样口温度360℃，离子源温度140℃，传输线温度320℃，锥孔电压25V，电晕针电流3.0μA。

进一步地，所述液晶单体包括3VbcH、MeO3bcH、Pe3bcH、2CB、2O3cHdFP、5MeB、2OdF3B、MePVbcH、MeP3bcH、MeOdFP3bcH、3cH2B、8OCB、2O2cHdFB、2OdFP3bcH、2F3T、2O3cHdFB、3OdFP3bcH、2OdFP4bcH、2bcHdFB、tFMeO-3cHtFT、tFPO-CF

本发明的方法对24种LCMs的检出限范围：0.01-0.2ng/mL，定量限范围：0.05-1.2ng/mL，定量下限连续进样6针的重复性均在10％以内(0.26％-7.01％)。检出限的信噪比(S/N)≥3，定量限的S/N≥10。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明首次提供了一种基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析三种类型的液晶单体(7种BAs(联苯/双环己基及其类似物，Biphenyls/bicyclohexyls and Analogs))、2种CBAs(氰基联苯及其类似物,Cyano biphenyls and Analogs)和15种FBAs(氟化联苯及其类似物,Fluorinated Biphenyls and Analogs))，使用APCI，与现有分析方法所用的EI相比具有以下优点：在大气压下离子化充分，灵敏度高，软电离，产生高丰度的(准)分子离子峰和特征性谱图，提升定性能力。

2、本发明能够将目标物中的2种同分异构体基本上实现基线分离，可以准确定性和定量，24种目标物完全分离，峰形好，响应高。

3、本发明的检测方法检出限和定量限低，标准曲线的线性范围广(0.05-500ng/mL)，灵敏度高且稳定。

4、本发明的样品前处理流程简单，仅包括提取和浓缩2步，与现有技术相比，整体操作简单且快速、溶剂消耗少，适合大批量样品的处理与检测，可对灰尘或颗粒物等定性定量分析，为今后液晶单体类物质的进一步研究提供了更方便可靠的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对比例1使用EI离子源分析24种目标化合物的色谱图，其中A为1-6、8-10、13、15、16、18、19、22-24号化合物的TIC图，B为7、11、14、17号化合物的TIC图；

图2为参数条件优化前24种液晶单体总离子流图(TIC)的重叠图；

图3为最优条件下24种液晶单体总离子流图(TIC)的重叠图，其中1.3VbcH，2.MeO3bcH，3.Pe3bcH，4.2CB，5.2O3cHdFP，6.5MeB，7.2OdF3B，8.MePVbcH，9.MeP3bcH，10.MeOdFP3bcH，11.3cH2B，12.8OCB，13.2O2cHdFB，14.2OdFP3bcH，15.2F3T，16.2O3cHdFB，17.3OdFP3bcH，18.2OdFP4bcH，19.2bcHdFB，20.tFMeO-3cHtFT，21.tFPO-CF

图4为目标化合物定量离子的参数优化后与优化前的比值；

图5为目标化合物定性离子的参数优化后与优化前的比值。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明术语“线性范围”指的是标准曲线的线性范围。

本发明提供的基于GC-APCI-MS/MS技术同时分析不同类型液晶单体的方法：在待测样品中加入无水硫酸钠和标准品PCB-28-d4(2,4,4'-三氯联苯-d4)、PCB-114-d4(2,3,4,4',5-五氯联苯-d4)，加入二氯甲烷和正己烷的混合溶液，混合均匀后超声萃取，离心取上清，重复上述萃取步骤3次，合并萃取液，浓缩，加入内标物

本发明液晶单体的分析采用气相色谱-质谱联用技术，离子源为大气压化学电离源(APCI正模式)，采集模式为多反应监测(MRM)模式，使用Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)，通过配制不同浓度的标准品，建立了气相色谱条件和质谱条件，并对程序升温、进样口温度、离子源温度、传输线温度、锥孔电压、电晕针电流等条件进行了进一步优化，提高了灵敏度。

本发明的方法中待测样品与无水硫酸钠的质量比为1：1。

本发明的方法中二氯甲烷和正己烷的体积比为3：7。

在本发明的方法中，样品的前处理方法可以是：以每1g待测样品(优选为灰尘或颗粒物等，当所述样品为灰尘时，称量前过35目的筛)计，在待测样品中加入1g无水硫酸钠和回收率指示物PCB-28-d4、PCB-114-d4，随后加入10mL二氯甲烷：正己烷(V:V＝3：7)混合溶液，混合均匀后进行超声萃取，经离心获得上清液，重复上述步骤共3次，合并3次萃取液，经旋转蒸发仪进行旋蒸，浓缩至0.5mL，加入内标物

本发明的方法中离子源为大气压化学电离源(APCI正模式)，采集模式为多反应监测(MRM)模式，色谱柱为Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)。

本发明的方法中气相色谱条件：采集模式为多反应监测(MRM)模式，使用Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)，柱流量为1.0mL/min，程序升温为：初始温度80℃，保持3min，以15℃/min的速率升至360℃，保持5min。不分流进样，进样量为1μL，载气为高纯氦气。

本发明的方法中质谱条件：进样口温度360℃，离子源温度140℃，传输线温度320℃，锥孔电压25V，电晕针电流3.0μA。

本发明的方法中优选离子源为大气压化学电离源(APCI正模式)，采集模式为多反应监测(MRM)模式，使用Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)，柱流量为1.0mL/min，初始温度80℃，保持3min，以15℃/min的速率升至360℃，保持5min。不分流进样，进样量为1μL，载气为高纯氦气。进样口温度360℃，离子源温度140℃，传输线温度320℃，锥孔电压25V，电晕针电流3.0μA。

采用本发明的方法，配制不同浓度梯度的液晶单体混合标准溶液，通过所建立的GC-APCI-MS/MS技术进行分析，得到标准曲线方程的线性相关系数R

本发明的方法中液晶单体包括3VbcH、MeO3bcH、Pe3bcH、2CB、2O3cHdFP、5MeB、2OdF3B、MePVbcH、MeP3bcH、MeOdFP3bcH、3cH2B、8OCB、2O2cHdFB、2OdFP3bcH、2F3T、2O3cHdFB、3OdFP3bcH、2OdFP4bcH、2bcHdFB、tFMeO-3cHtFT、tFPO-CF2-tF3T、3bcHdFB、4bcHdFB和5bcHdFB。

采用本发明方法24种LCMs的检出限范围：0.01-0.2ng/mL，定量限范围：0.05-1.2ng/mL，定量下限连续进样6针的重复性均在10％以内(0.26％-7.01％)。检出限的信噪比(S/N)≥3，定量限的S/N≥10。

实施例1

建立并优化气相色谱条件和质谱条件：

液晶单体的分析采用气相色谱-质谱联用技术，离子源为大气压化学电离源(APCI正模式)，采集模式为多反应监测(MRM)模式，使用Rxi-5HT色谱柱(15m×0.25mm×0.1μm)，柱流量为1.0mL/min，根据各个分析物之间的分离程度及保留时间优化并确定程序升温为：初始温度80℃，保持3min，以15℃/min的速率升至360℃，保持5min。不分流进样，进样量为1μL，载气为高纯氦气。根据分析物的信噪比、峰面积、响应值和峰形，对进样口温度(340-360℃)、离子源温度(130-150℃)、传输线温度(320-340℃)、锥孔电压(10-80V)、电晕针电流(0.1-30uA)分别进行了优化，确定最优条件：进样口温度360℃，离子源温度140℃，传输线温度320℃，锥孔电压25V，电晕针电流3.0μA。

待测样品的前处理：

称量1g待测样品(以灰尘为例，称量前过100目的筛)。加入1g无水硫酸钠，加入100μL回收率指示物PCB-28-d4、PCB-114-d4，静置1小时，随后加入10mL二氯甲烷：正己烷(V:V＝3：7)混合溶液，混合均匀后进行超声萃取5min，经离心机3500rmp、温度4℃、5min离心获得上清液，重复上述步骤共3次，合并3次萃取液，经旋转蒸发仪进行旋蒸，浓缩至0.5mL，加入内标物

待测样品前处理结束后，通过前面建立的气相色谱条件和质谱条件，使用GC-APCI-MS/MS进行内标法检测，结合标准准曲线方程对样品进行定性、定量分析。

最优条件下24种液晶单体总离子流图(TIC)的重叠图见图3，由图3可知本发明的方法能够将目标物中的2种同分异构体基本上实现基线分离，可以准确定性和定量(图3中17、18号物质为同分异构体)，24种目标物完全分离，峰形好，响应高。

基质溶液用不含有液晶单体的标准土经过上述相同的样品前处理步骤所得上清液配置而成，具体操作如下：称取1g标准土样，置于50mL离心管，加入10mL二氯甲烷：正己烷(V:V＝3：7)混合溶液，随后进行超声萃取5min，经离心机3500rmp、温度4℃、5min离心获得上清液，用浓缩后的上清液，对液晶单体的标准品进行稀释，配制成不同浓度梯度(浓度梯度为0.05，1，10，100，250，500ng/mL)的液晶单体混合基质加标溶液，通过所建立的GC-APCI-MS/MS技术进行分析，得到标准曲线方程的线性良好，相关系数R

不同加标浓度(低、中、高浓度)下的24种目标物加标回收率和相对标准偏差如表1所示。

表1不同加标浓度下24种目标物的加标回收率和相对标准偏差

最优条件下目标化合物信息和标准曲线线性方程及其相关系数见表2。采用本发明方法24种LCMs的检出限范围：0.01-0.2ng/mL，定量限范围：0.05-1.2ng/mL，定量下限连续进样6针的重复性均在10％以内(0.26％-7.01％)。检出限的信噪比(S/N)≥3，定量限的S/N≥10。

表2目标化合物信息和标准曲线线性方程及其相关系数

对比例1

本对比例使用气相色谱与质谱联用系统(传统的EI离子源)对24种液晶单体进行分析，在SIM模式(选择性离子监测，Selected ion Monitor)下，为了区分保留时间近似的目标物，建立两个SIM方法分析24种液晶单体，如图1中(A)和(B)，尽管如此，也不能同时分析所有物质。但图3显示本发明的分析技术可以分析保留时间近似的目标化合物，甚至可以很好地分离同分异构体(编号17和18)。因此本发明的分析技术可同时分析24种液晶单体，且响应值较高，基线较低。

对比例2

与优选参数条件下相比，不在优选条件下(进样口温度350℃、离子源温度150℃、传输线温度300℃、锥孔电压40V、电晕针电流5μA)的24种液晶单体的色谱峰形有毛刺，且所有目标化合物的峰面积、响应值和信噪比都相对较低，这会使检出限和定量限升高，从而影响检测的灵敏度。图2和图3分别为目标化合物在同一浓度下(10ng/mL)的优选参数前和优选参数后的总离子流图，总体而言优选参数条件下的响应值比优化前高了一个数量级。图4和图5显示了优化后和优化前各个物质的定量和定性离子的峰面积、响应值和信噪比的比值，很明显优化后的参数都有了不同倍数的提高。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。